[发明专利]铁修饰二氧化钛微球光催化剂及其制造方法和用途

说明书

技术领域

本发明属于环保技术领域，具体涉及一种铁修饰二氧化钛微球光催化剂及其制造方法和用途，用于在紫外光催化下降解有机物。

背景技术

TiO₂光催化剂材料在有机污染物的降解，水和空气的净化、杀菌和消毒，生态建筑材料等领域有着非常广泛的应用前景，因而引起了世界各国政府、产业部门和学术界的广泛兴趣和关注。近十年来，半导体光催化剂材料成为世界各国科学家们研究的热点和重点，有关这方面的研究论文和专利越来越多，每年都有上千篇的研究论文发表。在实际应用中，TiO₂光催化材料已用于水和空气的净化装置、自洁净玻璃表面涂层、抗菌光催化陶瓷面砖等领域，产生了巨大的经济、环境和社会效益。

然而，从实际应用和商业化考虑，二氧化钛光催化剂的活性必须进一步提高和改进。为了达到这个目的，二氧化钛光催化剂具有高的结晶度、小的颗粒尺寸和高的比表面积是必要的。在各种制备二氧化钛纳米晶体的方法中，醇-水热法被广泛采用，因为该方法具有设备投入少、温度低、容易控制等多种优点。通常用这种方法制备的二氧化钛呈锐钛矿晶形，无须进行高温热处理或仅在适中的温度下进行焙烧即可用于光催化反应，因此不会导致二氧化钛的颗粒变大和比表面积大幅下降。

二氧化钛光催化剂的光催化活性取决于二氧化钛自身的相结构和组成、结晶度、颗粒尺寸及比表面积等。

本发明的申请人在其发明公开号CN101015790A中公开了一种二氧化钛微球光催化剂，具有独特的核-壳微球结构，采用均相醇-水热法合成，其中，钛源为四氧化钛。

金属离子的修饰对TiO₂系光催化剂的光催化性能有较好的促进作用。一方面可以使TiO₂的激发光波长扩展到可见光区，提高对太阳光的利用率；另一方面，还可以提高光催化效率。一般认为，离子半径与Ti⁴⁺相近具有全充满或半充满电子构型的过渡金属离子效果要好于具有闭壳层电子构型的金属离子。这主要是由于全充满或半充满的电子构型具有对载流子进行浅度捕获的能力，可以有效的延长载流子的寿命。已有的报道未涉及既有特殊形貌，又具有过渡金属元素修饰的光催化剂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种具有高光催化活性、大比表面积、小颗粒尺寸的铁修饰二氧化钛微球光催化剂。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种上述铁修饰二氧化钛微球光催化剂的制备方法。

本发明所要解决的再一技术问题在于提供一种上述铁修饰二氧化钛微球光催化剂的用途，用于降解有机物。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是：一种铁修饰二氧化钛微球光催化剂，粒径为2～10μm，以具有核-壳结构的二氧化钛纳米晶粒为组成构件，二氧化钛纳米晶粒的粒径为5～15nm，比表面积为265～334m²/g，其中，所述的二氧化钛纳米晶粒表面修饰有铁离子。

具体的，二氧化钛纳米晶粒的粒径可以为5，8，10，12或15nm；比表面积可以为265，285，305，325或334m²/g；所述的铁修饰二氧化钛微球的粒径可以为2，4，6，8或10μm。

本发明的铁修饰二氧化钛微球光催化剂是具有高光催化活性、大比表面积和小颗粒尺寸的纳米晶，为高比表面积的微米级功能材料，比较适合于直接用于光降解有机污染物；该铁修饰二氧化钛光催化剂具有独特的核-壳结构，极易分离回收，故可从根本上解决光催化剂和被降解物分离困难的问题，同时可提高其在可见光区的吸收，显示出良好的工业化前景。

针对上述的铁修饰二氧化钛微球光催化剂的制备方法，采用均相醇-水热法合成，以四氧化钛为钛源，以硝酸铁或氯化铁为铁源，依序包括下述步骤：

第一步：在室温、电磁搅拌下，将钛源溶液滴入铁源水溶液中，搅拌0.5～1小时，具体可以为0.5，0.6，0.8或1小时；

第二步：加入尿素，继续搅拌10～30分钟，具体可以为10，20或30分钟；

第三步：加入分散剂，继续搅拌1.5～3小时，具体可以为1.5，2，2.5或3小时；

第四步：加入乙醇，继续搅拌2～4小时，得澄清溶液，具体可以为2，3或4小时；

第五步：澄清溶液转入高压釜中密封，在50～120℃晶化5～24小时得结晶产物，具体可以为在50，80，100或120℃下晶化5，10，15，20或24小时；